鋼箱梁頂推方案設計與施工技術

劉長超

（中鐵二十二局集團第一工程有限公司，黑龍江哈爾濱 150000）

在橋梁建設過程中，受周圍交通環境復雜多樣性的影響，特別是需要跨越已有線路時，傳統的鋼箱梁架設施工工藝已不能滿足建設的需要。頂推施工技術具有工期短、設備單一、交通干擾少等特點，因此這一技術在城市高架橋的建設中優勢明顯。但是頂推法施工使得體系轉換頻繁，施工過程中，主梁位置以及受力狀態都在不斷發生變化，施工安全風險也隨之增大。因此，結合一定工程實踐，提出適用于鋼箱梁的頂推施工設計方法和施工技術尤為關鍵[1-3]。

頂推施工技術最早于1959年由德國工程師Leonhardt應用于一座PC連續梁結構（Ager橋），開創了頂推施工的先河。20世紀70年代末，隨著我國基礎設施建設進程的推進，頂推法被引入國內。邵厚坤等在我國鐵路領域里第一次利用頂推技術的混凝土箱梁的建造，并且該橋在施工時應用了拆裝式鋼導梁，在我國逐漸被推廣應用。譚榮鳴等提出了采用千斤頂進行連續頂推的工法，連續頂推的優勢在于避免了梁體停歇對墩柱產生巨大的水平沖擊，保證了頂推施工時墩柱的安全。郝維索等依托杭州江東大橋，對多截面組合豎向曲線連續鋼箱梁的頂推過程中的內力變化進行研究，借此優化臨時墩初始高程確定方案。

目前，對鋼箱梁方案設計與施工方案的系統研究還相對較少，本文以哈爾濱三棵樹跨鐵路線橋為例，系統研究鋼箱梁頂推方案設計、施工要點、技術難點、監控監測要點等技術難題，對提高鋼箱梁頂推施工的精度和安全性具有重要意義。

1 工程背景

1.1 工程概況

哈爾濱三棵樹跨線橋工程西起南棵二道街，東至道口三道街，橋梁跨越三機街、火車頭街、水泥路、道口頭道街四條道路。跨線橋橋梁全長950 m，鐵路部分橋梁寬為36 m，長為169 m，市政部分橋梁寬度為31 m，長度505 m，鐵路橋與市政橋梁通過過渡墩銜接。跨線橋主橋孔跨布置采用（52+65+52）m等截面鋼箱梁結構，擬采用頂推法施工。

1.2 頂推方案

鋼梁頂推跨度布置3×20.8 m+32 m+55 m+43 m+15 m，共設置6個頂推點。鐵路線兩側臨時墩墩頂布置600 t步履式千斤頂，其余臨時墩墩頂布置400 t步履式千斤頂。單幅頂推最少需布置12臺步履式千斤頂。在頂推過程中，為了降低鋼箱梁頂板和底板的應力，應當以腹板為施工過程中主要受力構件。在鋼箱梁頂推時位于外腹板下布置2臺步履式千斤頂，為了保證步履式千斤頂在施工時處于在腹板下方，需要布置6組的臨時墩。

2 頂推施工技術

2.1 施工特點

跨線橋主橋頂推施工段的長度144 m，最大頂推重量可達2 049 t，鋼箱梁下方接觸網眾多，頂推過程中傾覆穩定性控制很重要，必須采取可靠的防傾覆措施和糾偏限位措施。主橋線形帶有一定弧度的豎曲線，帶豎曲線頂推，對拼裝平臺、臨時墩及鋼箱梁頂推過程中線形的控制要求高。梁體超大且受起重設備限制，必須現場散拼，現場拼裝定位控制精度要求高、難度大。

2.2 頂推施工要求

（1）鋼箱梁跨鐵路電氣化站場咽喉區段,對于施工進度和施工安全性要求高；（2）最多需要12套頂推設備進行同步施工，對同步控制精度要求高；（3）施工中臨時墩上面所承受的水平載荷需要被嚴格控制；（4）鋼箱梁腹板承受頂推設備支撐力，要求頂推設備具有高精度的支反力調節功能。

2.3 頂推施工關鍵技術

（1）頂推過程中應采用多點頂推的方式，輔以壓力調節，應當在考慮臨時墩所受豎向載荷的基礎上調節每個點的頂推壓力值，借此減小臨時墩所承受的水平力；（2）嚴格控制同步頂推的精度，避免臨時墩承受集中荷載；（3）下降過程同步進行，避免單個頂升油缸受到偏載；（4）提高對移動偏差的實時監測精度，如發現偏差超出限制，應及時借助千斤頂糾偏；（5）對臨時墩水平位移和沉降進行實時監測，防止臨時墩遭受破壞。

3 計算分析

3.1 計算模型

三棵樹跨線橋工程中的箱梁分三個階段頂推，共劃分為16個工況，每個工況下對臨時墩反力、鋼箱梁撓度及應力、鋼箱梁抗傾覆進行計算。

主梁采用Q345qD鋼材，抗壓、抗彎容許應力取值為250 MPa，抗剪容許應力取值為140 MPa。鋼主梁和鋼導梁自重由程序自動加載，考慮橫隔板及勁板等未計入模型，自重系數取1.5，施工荷載按照2.0 kN/m2考慮。

三個階段計算模型如圖1所示，鋼梁頂推過程中控制性工況如表1所示。

圖1 頂推施工計算模型圖

表1 控制性施工步驟表

3.2 關鍵計算內容

（1）鋼箱梁位移及應力計算。

鋼箱梁最大豎向撓度在整個頂推過程中變化較小，豎向撓度的最大值為-43.3 mm，工況6；鋼箱梁正應力的最大值為54.5 MPa＜250 MPa，工況8；鋼箱梁剪應力的最大值為14.3 MPa＜140 MPa，工況10，最大正應力和剪應力均未超出材料容許應力，滿足要求。

（2）臨時墩墩頂支反力計算。

頂推支點反力最大值為357.7 t，工況6，臨時墩L4墩頂，如圖2所示。

圖2 工況6支點反力計算結果圖

（3）抗傾覆計算。

抗傾覆系數K=（45.27 m鋼梁自重×抗傾覆力臂）/（36 m導梁重量×導梁力臂+19 m鋼梁自重×力臂）=3.05＞1.4。

計算結果滿足抗傾覆要求。

4 結語

（1）將橋頂推過程分為3個階段，細化為16個工況，借助有限元工程軟件MIDAS對各階段頂推工序、頂推步長進行精細化計算，為全橋頂推施工的順利進行奠定基礎。（2）頂推施工對拼裝平臺、拼裝定位控制精度要求高、難度大，需要從頂推施工要求、關鍵技術、施工流程、施工控制等方面統籌規劃。（3）結合施工方法，對各工序下鋼箱梁位移及應力、臨時墩墩頂支反力和施工過程抗傾覆能力進行計算，計算結果均能滿足要求。